Introduction to Scanning Tunneling Microscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:C. Julian Chen

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2007-12-5

价格:USD 150.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780199211500

丛书系列:

图书标签:

• STM
• 实验
• 物理
• 凝聚态物理
• 入门
• Scanning Tunneling Microscopy
• STEM
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• Surface Science
• Microscopy
• Physics
• Materials Science
• Electron Tunneling
• Imaging Technology
• Scientific Instrumentation

《聚焦纳米世界：精密测量与表面科学的革命》 本书并非《扫描隧道显微镜导论》，而是一次深入探索纳米尺度世界，解析表面性质，理解微观物质交互的旅程。我们将穿越原子层级的寂静景观，揭示物质最根本的形态与行为，为您打开一扇通往前沿科学研究的大门。 第一部分：探秘微观宇宙的钥匙——测量技术的演进 在人类追寻对物质更深层理解的漫长历史中，测量技术的每一次飞跃都标志着科学认识的巨大进步。从宏观尺度的度量衡，到亚毫米级的光学显微镜，我们对世界的感知能力不断拓展。然而，当目光投向原子和分子构成的微观世界时，传统的测量手段便显得力不从心。 本部分将带您回顾人类在测量技术发展史上的关键节点。我们将追溯显微镜的起源，从早期利用可见光放大物体，到光学衍射极限带来的挑战，再到电子显微镜的出现如何突破这一限制，提供前所未有的高分辨率图像。我们将深入探讨不同显微技术的工作原理，比较它们的优劣势，以及它们在材料科学、生物学、化学等领域如何共同塑造了我们对物质世界的认知。 您将了解到，如何通过精巧的设计和对物理原理的深刻理解，使得我们能够“看见”那些肉眼无法企及的细微结构。我们将聚焦于那些引领时代变革的测量创新，它们是如何克服技术瓶颈，拓展了科学研究的边界。这部分将为您构建一个关于精密测量的宏观视角，为理解后续更具体的技术奠定基础。 第二部分：物质表面的奥秘——交互与成形 物质的特性，往往与其表面性质息息相关。无论是化学反应的发生，还是材料性能的展现，表面的原子排列、电子结构以及与外界的相互作用都扮演着至关重要的角色。本部分将深入探讨物质表面的独特之处，以及科学家们如何通过各种手段来探测和理解这些特性。 我们将从原子排列的规律性说起，介绍晶体表面、非晶态表面以及各种缺陷（如空位、位错、吸附位点）对表面性质的影响。您将了解到，表面原子与体相原子在结合方式、能量状态以及反应活性上存在显著差异，这些差异是理解许多表面现象的关键。 我们将剖析各种物理和化学过程如何在表面发生，例如： 吸附与脱附： 原子或分子如何在表面附着，以及在何种条件下脱离。这将涉及到表面能、吸附能、扩散等概念。 化学反应： 催化反应、表面蚀刻、薄膜生长等过程如何在原子尺度上展开，以及表面结构如何影响反应速率和选择性。 电子传输与光学性质： 表面电子态如何影响材料的导电性、光学吸收与发射，以及表面形貌如何影响光散射与衍射。 我们还将探讨如何利用这些表面特性来构建具有特定功能的新型材料。例如，通过控制表面粗糙度来改善摩擦性能，通过修饰表面化学基团来增强生物相容性，或通过设计纳米结构来开发新型传感器和催化剂。这一部分将帮助您理解，为什么“表面”是如此重要，以及如何通过对表面的精确控制来驱动技术创新。 第三部分：洞悉纳米世界的“眼睛”——先进的探测技术 在掌握了精密测量的演进和表面科学的基本原理后，本部分将聚焦于那些能够直接“观察”并“操纵”纳米世界的先进探测技术。我们将重点介绍几种具有里程碑意义的显微成像和表面分析技术，它们如何让我们得以窥探原子级别的细节。 隧道效应的原理与应用： 深入阐述量子力学中“隧道效应”这一奇妙现象，它是如何被巧妙地转化为一种探测手段。我们将解释电子如何能够“穿过”绝缘势垒，以及这种穿透的概率如何依赖于势垒的宽度和高度，从而揭示表面形貌和电子结构的信息。 高分辨率成像技术： 介绍能够提供亚原子分辨率的显微镜技术。您将了解到这些仪器是如何通过超细的探针、精确的扫描机制以及先进的信号处理算法，来绘制出原子排列的三维图像。我们将讨论其在分辨不同原子种类、识别表面缺陷、观察原子运动等方面所能达到的极致精度。 表面成分与电子态分析： 除了形貌成像，本部分还将涵盖能够分析表面化学成分和电子结构的先进技术。例如，谱学技术如何通过分析原子与光子、电子或离子的相互作用，来识别表面存在的元素和化学键，从而提供更全面的表面信息。我们将探讨这些技术如何与高分辨率成像相结合，形成强大的表面科学研究工具。 操纵原子与分子： 除了观察，一些先进技术还赋予了科学家们在原子尺度上“搬运”原子和分子的能力。我们将介绍这项令人惊叹的技术，它如何允许我们精确地定位和移动单个原子，从而构建定制化的纳米结构，甚至实现量子器件的组装。 通过对这些前沿探测技术的详细介绍，您将深刻理解它们在解锁纳米世界奥秘过程中所扮演的核心角色。它们不仅是科学家们的“眼睛”，更是他们进行实验操作和理论验证的得力助手，推动着材料科学、纳米技术、量子物理等众多领域的飞速发展。

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《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》这本书以其无与伦比的深度和广度，为我打开了探索原子尺度世界的大门。作为一名对尖端实验技术充满热情的科研人员，我被这本书的严谨性和实用性所深深吸引。作者在开篇就以清晰的逻辑，将STM的科学基础——量子隧穿效应——进行了详尽的介绍，通过生动形象的类比和深入浅出的解释，使得这一原本抽象的物理概念变得易于理解。随后，本书系统地介绍了STM系统的构成，包括探针的制造与选择、样品台的设计、反馈控制系统的原理以及信号的采集与处理。作者在描述这些技术细节时，不仅注重理论的准确性，更结合了实际操作中的经验，例如如何保证探针的尖锐度和稳定性，如何实现纳米级的精密控制，以及如何有效地抑制各种噪声的干扰，这些都是实际操作STM时必须面对的挑战。本书的一大亮点在于其对不同扫描模式的深入分析，例如恒高模式、恒流模式以及差分扫描模式等，并详细讨论了它们各自的优缺点及其在不同研究场景下的适用性。作者通过大量的图示和案例，清晰地展示了如何根据实验需求选择最佳的扫描策略，从而获得高质量的图像。此外，书中还广泛地介绍了STM在材料科学、表面物理、化学和生物学等众多领域的应用，例如对二维材料的原子分辨成像、对表面吸附物种的研究以及对化学反应动力学的实时监测等。这些丰富的应用案例极大地激发了我对STM技术在未来研究中的应用兴趣。

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这本书为我提供了对扫描隧道显微镜（STM）领域进行全面而深刻理解的绝佳途径。作为一名在纳米技术领域积极探索的学者，我发现本书在理论阐述、技术细节和应用实例的结合上做得非常出色。作者在伊始便清晰地勾勒出STM的科学根基，深入浅出地讲解了量子隧穿效应是如何赋予STM探测原子尺度形貌的能力。这种从物理原理出发的讲解方式，让我对STM的工作机制有了更加扎实的理解。随后，本书详细介绍了STM设备的关键组成部分，从经过精心打磨的探针尖端，到精确控制探针与样品间距的压电陶瓷驱动器，再到用于捕捉微弱隧道电流的电子学系统，每一项技术细节都得到了详尽而准确的阐述。作者特别强调了在实际操作中，探针的质量、样品表面的洁净度以及环境的稳定性对于获得高质量图像的重要性，并提供了许多实用的建议。本书的一个显著优点是其对不同扫描模式的详细分析，例如恒高模式、恒流模式以及各种更高级的扫描技术，并深入探讨了不同参数设置对成像结果的影响。通过大量的图表和实际的扫描图像，作者教会我如何解读STM数据，如何区分真实的表面特征和测量中的伪影。此外，书中还广泛地展示了STM在探索新型纳米材料、研究表面化学反应动力学以及监测原子尺度自组装过程等方面的应用。

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这本书为我深入理解扫描隧道显微镜（STM）提供了无与伦比的视角和知识。作为一名渴望在纳米科学领域有所建树的学者，我发现这本书的结构设计和内容呈现都达到了极高的专业水准。作者在伊始便清晰地阐述了STM的物理基础，特别是量子隧穿效应的原理，他通过生动形象的比喻和严谨的逻辑推导，将这一量子力学的核心概念变得易于掌握。随后，本书循序渐进地剖析了STM系统的各个关键组成部分，从极其尖锐且导电性良好的探针，到精确控制探针与样品之间纳米级距离的压电驱动器，再到用于信号放大和处理的电子线路，每一项技术细节都得到了详尽的讲解。作者尤其注重实际操作中的细节，例如如何制备高质量的探针，如何清洁样品表面以避免杂质干扰，以及如何有效地隔离环境振动和电磁干扰，这些都是决定STM成像质量的关键因素。本书的一大亮点是其对不同扫描模式及其参数设置的深入讨论，例如恒高模式和恒流模式的选择，以及如何通过调整反馈回路的参数来优化扫描速度和图像分辨率。作者通过大量的实例和对比，帮助读者理解不同参数组合对最终成像效果的影响。此外，书中还涵盖了STM在揭示新材料特性、理解表面催化反应机理以及研究分子自组装等方面的广泛应用，这些鲜活的案例极大地拓展了我对STM技术应用潜力的认识。

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这本书为我深入理解扫描隧道显微镜（STM）提供了一个极具价值的平台。作为一名积极投身于纳米科学研究的学生，我惊叹于作者将一门复杂精密的科学仪器介绍得如此清晰易懂。作者在开篇便将STM的科学基础——量子隧穿效应——置于核心地位，通过直观的解释和严谨的逻辑，让读者领略到量子力学的奇妙之处，并理解其如何赋予STM洞察原子世界的能力。随后，本书系统地介绍了STM设备的关键组成部分，包括高精度探针的制备与选择，实现纳米级位移控制的压电陶瓷驱动器，以及用于放大和处理微弱隧道电流的精密电子学系统。作者在阐述这些技术细节时，特别关注了实际操作中的关键因素，如探针的几何形状、样品表面的准备以及如何有效抑制环境噪声，并提供了许多实用的建议，这对于希望掌握STM操作的初学者来说是无价之宝。本书的另一项突出贡献在于对不同扫描模式的详细分析，例如恒高模式、恒流模式以及一些更高级的扫描策略，并深入探讨了不同参数设置对成像质量的影响。通过大量的图表和实际的扫描图像，作者教会了我如何解读STM数据，如何识别和避免测量中的伪影。此外，书中还广泛地展示了STM在探索新材料特性、研究表面化学反应机理以及监测纳米尺度自组装过程等方面的应用。

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《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》以一种极其系统和全面的方式，为我打开了通往纳米世界的大门。作为一名渴望掌握尖端分析技术的科研人员，我对此书的专业性和深度赞不绝口。作者在开篇便奠定了坚实的理论基础，通过对量子隧穿效应的详细阐述，让读者深刻理解了STM之所以能够“看见”原子级别的细节，并非依赖于光学原理，而是源于量子力学独有的现象。这种从根本上解释科学原理的方式，让我对其工作机制有了更透彻的认识。随后，本书对STM系统的各个组成部分进行了细致入微的介绍，包括探针的尖锐度、导电性对成像的影响，以及压电陶瓷材料在实现高精度位移控制中的关键作用。作者在描述这些工程技术细节时，不仅强调了理论上的准确性，更结合了实际操作中的经验和技巧，例如如何选择合适的探针材料和几何形状，以及如何优化样品和探针之间的距离以获得最佳信号。本书的一个突出优势在于其对不同扫描模式的详尽讲解，如恒高模式、恒流模式以及更复杂的差分模式等，并深入分析了每种模式的优缺点及其适用场景。通过大量的图表和实例，作者清晰地展示了不同模式下获得的图像特征，以及如何根据研究目标选择最合适的扫描策略。此外，本书还广泛介绍了STM在凝聚态物理、材料科学、纳米技术和表面化学等众多领域的实际应用，包括对二维材料的原子分辨成像、对表面缺陷的研究，以及对分子吸附和反应动力学的监测。

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《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》这本书以其令人印象深刻的全面性和深度，为我理解STM技术打开了新的视野。作为一名对纳米尺度世界充满好奇的研究人员，我发现这本书不仅提供了必要的理论基础，更融入了丰富的实践经验。作者在开篇就将STM的核心原理——量子隧穿效应——解释得十分透彻，通过直观的比喻和循序渐进的讲解，使得这一原本抽象的物理概念变得易于掌握。随后，本书详细介绍了STM系统的各个关键组成部分，包括探针的材料选择和制备，压电陶瓷驱动器的精密控制，以及信号放大和数据处理的电子系统。作者特别强调了在实际操作中，探针的尖锐度、样品表面的洁净程度以及如何有效地隔绝外部干扰（如振动和电磁噪声）对于获得高质量STM图像的重要性，并分享了许多宝贵的经验技巧。本书的一大亮点在于其对不同扫描模式的深入探讨，例如恒高模式、恒流模式以及一些更复杂的扫描策略，并详细分析了它们各自的优缺点及其在不同研究场景下的适用性。通过大量的图示和实际的扫描结果，作者指导读者如何根据实验需求选择合适的扫描参数，以获得最佳的成像效果。此外，书中还广泛地介绍了STM在发现新材料、研究表面催化机理以及监测纳米尺度化学反应等方面的丰富应用。

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这本书无疑是我在深入理解扫描隧道显微镜（STM）过程中最宝贵的参考资料之一。作为一名渴望将前沿技术应用于实际研究的学者，我被其严谨的学术态度和卓越的教学方法深深吸引。作者在构建这本书的体系时，展现了非凡的洞察力。开篇就清晰地勾勒出STM的科学基础，从量子力学中的隧穿效应的引入，到描述电子如何“穿过”绝缘势垒，作者巧妙地运用了类比和直观的解释，使得这一抽象概念变得易于理解。紧接着，本书系统地分解了STM设备的核心组件，从高度敏感的探针尖端，到精确控制扫描轨迹的压电陶瓷驱动器，再到处理微弱信号的电子学系统，每一部分的原理和功能都被阐述得淋漓尽致。特别值得称道的是，作者在介绍探针制造和样品制备时，详细讨论了这些关键步骤对最终成像质量的直接影响，并提供了实用的操作建议，这对于实际操作STM的用户来说是极其宝贵的。本书还对STM的各种成像模式和反馈控制策略进行了深入的分析，例如恒高模式和恒流模式的选择，以及如何通过调整反馈增益来优化扫描速度和图像分辨率。作者通过对比不同模式下的扫描结果，清晰地展示了它们各自的特点和适用范围。此外，书中对STM在探索新材料、理解表面化学反应机制以及研究原子尺度现象等方面的应用进行了丰富的案例展示，这些案例不仅巩固了读者对STM能力的认知，也为我启发了新的研究思路。

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《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》这本书以其无可比拟的全面性和深度，为我提供了对STM技术及其应用的深刻洞察。作为一名渴望掌握最前沿科学仪器的研究者，我发现这本书不仅提供了必要的理论基础，更包含了丰富的实践经验。作者在伊始便将STM的核心原理——量子隧穿效应——解释得十分透彻，通过精心设计的比喻和逐步深入的讲解，让复杂的量子概念变得直观易懂。随后，本书详细介绍了STM系统的各个关键组件，从探针的材料选择和制备，到压电陶瓷驱动器的精密控制，再到信号放大和数据处理的电子系统，每一个环节都进行了详尽的描述。作者特别强调了在实际操作中，探针的尖锐度、样品表面的洁净程度以及如何有效地隔绝外部干扰（如振动和电磁噪声）对于获得高质量STM图像的重要性，并分享了许多宝贵的经验技巧。本书的一大亮点在于其对不同扫描模式的深入探讨，例如恒高模式、恒流模式以及一些更复杂的扫描策略，并详细分析了它们各自的优缺点及其在不同研究场景下的适用性。通过大量的图示和实际的扫描结果，作者指导读者如何根据实验需求选择合适的扫描参数，以获得最佳的成像效果。此外，书中还广泛地介绍了STM在发现新材料、研究表面催化机理以及监测纳米尺度化学反应等方面的丰富应用。

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《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》一书的价值在于其将一门原本极其专业且技术门槛颇高的学科，通过精心的组织和深入浅出的讲解，变得触手可及。作为一名对纳米技术充满好奇的研究者，我发现这本书为我打开了一个全新的视角。作者首先从物理学的基本原理出发，详细解释了量子隧穿效应在STM工作中的核心作用，这部分内容虽然涉及量子力学，但其阐述方式非常注重概念的清晰化，避免了过多的数学推导，让对量子力学不甚了解的读者也能大致理解其精髓。接着，本书详细介绍了STM系统的各个关键组成部分，包括探针的制造与选择、样品台的设计、反馈回路的原理以及探测器的工作方式。作者在描述这些技术细节时，非常注重工程实践中的考量，例如如何保证探针的尖锐度和稳定性，如何实现高精度的三维扫描，以及如何有效地抑制热漂移和振动对测量结果的影响。这些内容对于理解STM设备的实际搭建和优化非常有帮助。本书的一个亮点在于它不仅仅介绍了“是什么”，更深入探讨了“为什么”。例如，在解释不同扫描模式（如恒高模式和恒流模式）的优劣时，作者会结合具体的实验场景，分析哪种模式更适合特定类型的样品和研究目标。此外，本书对STM在材料科学、表面物理、化学以及生物学等多个领域的应用进行了详尽的阐述，并通过大量的案例研究，展示了STM在纳米尺度上观察原子排列、识别表面缺陷、研究分子吸附以及监测化学反应等方面的强大能力。这些实际应用案例极大地激发了我对STM技术应用的兴趣，并为我未来的研究方向提供了丰富的灵感。

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这本书绝对是扫描隧道显微镜（STM）领域的杰出之作，它成功地将一个复杂且前沿的科学工具以一种易于理解且引人入胜的方式呈现在读者面前。作为一名研究材料科学的学生，我一直在寻找一本能够深入浅出解释STM原理、技术及其广泛应用的著作，而《Introduction to Scanning Tunneling Microscopy》完美地满足了我的需求。作者在开篇就清晰地阐述了量子力学中的隧穿效应是如何成为STM得以工作的基石，并通过生动形象的比喻，如“电子越过一道看不见的屏障”，帮助读者建立直观的认识。随后，本书循序渐进地介绍了STM的构成组件，从尖锐的探针到精密的扫描系统，再到信号的采集和处理，每一个环节的描述都详尽而准确。令人印象深刻的是，作者并未止步于理论层面，而是深入探讨了STM在实际操作中可能遇到的各种挑战，例如探针的准备、样品表面的清洁度以及如何克服环境噪声的干扰，并提供了切实可行的解决方案。更重要的是，本书对STM在不同领域的应用进行了广泛的梳理，从纳米材料的形貌表征到表面化学反应的实时监测，再到单分子级别的电子特性研究，都展现了STM强大的分析能力和无限的可能性。我特别喜欢其中关于如何解读STM图像的章节，作者通过大量的实例分析，教会我如何从高度图、导电图等不同类型的图像中提取有用的信息，并识别潜在的伪影。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，在我探索STM世界的旅途中给予我方向和启发。它的逻辑清晰、语言流畅，即使是初学者也能在轻松阅读中掌握核心概念。

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